金属硫化物基和碳氮化合物在环境和超级电容器中的应用

发布时间：2020-10-27 07:05

　　 近年来,由于经济的迅速发展使得环境污染和化石燃料资源短缺问题日趋严重,因而寻找能够高效治理环境的方法和开发新的环保储能装置已成为国内外研究的热点。由于光降解和吸附分离技术具有简单,投资少,循环周期短等特点,在污水处理领域具有广阔的应用前景。由于超高功率密度,充电时间短,循环寿命长,温度特性好,操作安全性好等优点,超级电容器正在成为能替代传统化学电池的关键器件。(1)在本论文中,通过水热合成方法制备了花状Cu_2MoS_4/g-C_3N_4复合材料。在该方法中,水热方法使Cu_2MoS_4纳米片排列成三维花状结构,并附着于g-C_3N_4纳米片上。使用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散光谱(EDS)等测试手段对纳米材料的成分和形貌结构进行了表征。利用其对罗丹明B的吸附反应评价本复合材料的吸附性能,利用紫外-可见分光光度计测量计算吸附剂的吸附量。吸附平衡之后,通过离心分离出吸附剂,利用乙醇溶液进行解吸附以实现吸附剂的循环利用。(2)我们还采用简单水热法合成了CoS_2/g-C_3N_4复合材料。CoS_2与g-C_3N_4的协同作用使得CoS_2/g-C_3N_4复合材料的催化性能得到明显提升。使用XRD、SEM、TEM、EDS、XPS、热重(TGA)分析、红外光谱分析(FT-IR)等分析手段对纳米材料的组成成分和结构形貌进行了表征。利用传统的三电极电解池系统在1 M KOH电解质中测量CoS_2/g-C_3N_4电极材料的电化学性质。我们在电化学工作站上测量该电极材料的循环伏安图(CV)、恒电流充电/放电(GCD)、循环和电化学阻抗谱(EIS)。(3)而且,我们还对传统制备的g-C_3N_4进行了液相剥离,将团聚的块状g-C_3N_4剥离成纳米片。利用XRD、SEM、TEM、N_2吸附和解吸等温线、XPS、FT-IR、紫外可见漫反射(UV-vis)等测试手段对剥离后的g-C_3N_4的形貌结构进行了表征。我们还利用其对罗丹明B的光催化降解反应来评价该复合材料的催化性能,利用紫外-可见分光光度计测量计算降解过程中污染物的含量。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36;O647.3
【部分图文】：

第 1 章 绪论以三嗪环（C3N3环）为结构单元组成；另一种存在形式是 g-C3N4以 3-s-三嗪环（C6N7环）为结构单元组成。Kroke 等人在密度泛函理论（DFT）的基础上对这两种不同的单元结构进行理论计算，结果显示结构单元为 3-s-三嗪环（C6N7环）的 g-C3N4稳定性更好。因此，科学界一致认可了 g-C3N4的基本结构单元为 3-s-三嗪环（C6N7环）这一理论。

第 2 章 三维花状 Cu2MoS4/g-C3N4复合材料的合成及其对罗丹明 B 的吸附Cu2MoS4-3/g-C3N4复合物的表面形态。如图 2-3 所示，纯 g-C3N4（图 2-3a）是以纳米片的形式存在，图 2-3b 中观察到的纯 Cu2MoS4是由多层片层堆叠成的厚块。然而，当引入一定量的 g-C3N4时，得到的 Cu2MoS4/g-C3N4复合材料中的 Cu2MoS4显示出三维花状结构（如图 2-3c 和 d 所示）。花状结构主要由 Cu2MoS4纳米片构成，它们彼此连接并具有 300-500 nm 的直径。这种花状形态可能是由于 g-C3N4诱导 Cu2MoS4纳米片的自组装形成的。

图 2-4 花状 Cu2MoS4-3/g-C3N4复合材料（a）和纯 Cu2MoS4（b）的 TEM 图以及花状Cu2MoS4-3/g-C3N4复合材料的 EDS 图（c）Fig.2-4 TEM images of flower-like Cu2MoS4-3/g-C3N4composite (a), pure Cu2MoS4(b), andEDS image of flower-like Cu2MoS4-3/g-C3N4composite (c)采用 N2吸附-脱附等温线分析法测定了 g-C3N4、花状 Cu2MoS4-3/g-C3N4复材料和Cu2MoS4的N2吸附-解吸等温线。并根据Brunauer-Emmett-Teller（BET）法计算所有制备材料的比表面积。如图2-5所示，所有的复合材料都比纯g-C3N4 Cu2MoS4表现出更高的 N2吸附量。花状 Cu2MoS4-2/g-C3N4、Cu2MoS4-3/g-C3N4 Cu2MoS4-4/g-C3N4复合材料、纯 g-C3N4和 Cu2MoS4的比表面积分别为 9.42、0.12、15.90、9.22 和 7.8 m2·g-1。显然，花状 Cu2MoS4-3/g-C3N4复合材料的比表积最大，这可能是由于其呈现出较好的花状结构。吸附材料的比表面积越高就有利于 RhB 分子在其进行吸附。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;20秒充满一辆电动汽车:碳纳米管超级电容器年底量产[J];新能源经贸观察;2019年04期

2 ;中科院合肥物质科学研究院石墨烯基超级电容器研制成功[J];中国建材资讯;2017年04期

3 摆玉龙;;超级电容器电极材料的研究进展[J];新疆化工;2011年03期

4 林旷野;刘文;陈雪峰;;超级电容器隔膜及其研究进展[J];中国造纸;2018年12期

5 程锦;;超级电容器及其电极材料研究进展[J];电池工业;2018年05期

6 曾进辉;段斌;刘秋宏;蔡希晨;吴费祥;赵盼瑶;;超级电容器参数测试与特性研究[J];电子产品世界;2018年12期

7 刘永坤;姚菊明;卢秋玲;黄铮;江国华;;碳纤维基柔性超级电容器电极材料的应用进展[J];储能科学与技术;2019年01期

8 季辰辰;米红宇;杨生春;;超级电容器在器件设计以及材料合成的研究进展[J];科学通报;2019年01期

9 余凡;熊芯;李艾华;胡思前;朱天容;刘芸;;金属-有机框架作为超级电容器电极材料研究的综合性实验设计[J];化学教育(中英文);2019年02期

10 王蕾;;伊朗让纸变成“超级电容器” 可快速充放电[J];新能源经贸观察;2018年12期

相关博士学位论文 前10条

1 钱欧;碳基高功率超级电容器的电极材料设计及电化学性能[D];中国科学技术大学;2019年

2 高鑫;石墨烯基超级电容器电极材料的制备及电化学性能[D];哈尔滨理工大学;2019年

3 徐盼盼;过渡金属氧族化合物的制备及超级电容器性能研究[D];哈尔滨工程大学;2019年

4 王广宁;多酸基配位聚合物超级电容器电极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨理工大学;2018年

5 马丽娜;细菌纤维素基柔性超级电容器电极的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 欧阳田;碳材料的盐辅助制备及其超级电容性能研究[D];哈尔滨工程大学;2018年

7 许峰;溶胶法制备新型三维碳材料及其超级电容器性能调控研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所);2018年

8 王志奎;基于聚乙烯醇的自修复超级电容器结构设计与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

9 李湾湾;高强度聚苯胺导电水凝胶的设计及其在柔性超级电容器中的应用[D];中国科学技术大学;2018年

10 董留兵;3D碳网络/高载量活性物质复合柔性电极及其超电容性能[D];清华大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 张洪浩;基于锰、钨氧化物材料的超级电容器的研究[D];天津理工大学;2019年

2 黎婷;碳化MOF/MgCl_2杂化产物的制备及应用[D];华东理工大学;2019年

3 张紫瑞;多孔生物质炭的设计合成、结构分析及其在新型储能器件中的应用[D];郑州大学;2019年

4 刘媚;多级孔碳基材料的构筑及其双电层电容性能研究[D];武汉工程大学;2018年

5 李成龙;生物质碳复合材料在超级电容器中的应用[D];武汉工程大学;2018年

6 付晶;聚丙烯腈基复合碳纳米纤维膜的制备及其在超级电容器中的应用[D];武汉工程大学;2018年

7 朱珍妮;金属化合物基超级电容器电极材料的制备和研究[D];武汉工程大学;2018年

8 南吉星;生物质碳基复合材料的制备及其超级电容器性能研究[D];郑州大学;2019年

9 余剑辉;金属织物基柔性超级电容器的制备及其性能研究[D];厦门大学;2017年

10 吴俊凯;金属硫化物电极材料的制备与超电性能研究[D];安徽工程大学;2019年

本文编号：2858227